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"Commande électromagnétique pour contacts s'ouvrant et se fermant en cadence, en particulier pour mutateurs à contacts"
On sait que la transformation de la fréquence ou la conversion du courant alternatif en courant continu et inver- sement peuvent s'effectuer à l'aide de contacts actionnés périodiquement. On connaît à cet effet l'emploi de mutateurs à contacts avec un contact à soulèvement, en forme de pont, qui est mû par un doigt ou marteau par rapport à des contacts fixes. Lé contact à soulèvement exécute alors un mouvement sac- cadé de coupure et le doigt exécute un mouvement oscillant.
Le mouvement des marteaux des contacts doit se faire en synchronisme avec la tension alternative- alimentant les contacts. Les instants auquels ont lieu la rupture et la fer- meture doivent être rigoureusement observés ; ils dépendent de la tension et.du courant. Le fonctionnement irréprochable
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d'un tel mutateur à contacts dépend de la stricte observation des temps d'enclenchement et de la possibilité de régler ces temps de façon durable aux valeurs prescrites suivant les conditions variables du service.
Pour commander ces mouvements d'ouverture et de fer- meture de circuit;, divers moyens et dispositifsont déjà. été indiqués. C'est ainsi que l'on connaît plusieurs systèmes mécaniques qui sont actionnés par un moteur synchrone et pro- duisent le mouvement des contacts par des manivelles, des excentriques, des plateaux oscillants, etc.. De même on con- naît déjà, divers dispositifs électromagnétiques dans les- quels les dits mouvements de couplage sont produits par les forces de champs magnétiques alternatifs.
La nécessité de régler les instants de fermeture et de rupture rend nécessairement compliqués les mutateurs à, contacts purement mécaniques. Les commandes électromagné- tiques permettent un réglage simple, mais avec les fréquen- ces usuelles il est difficile de respecter de manière suf- fisamment exacte les temps de coupure, en raison de la répé- tition très rapide des coupures. Pour donner au marteau le rapide mouvement oscillant nécessaire, il faut le fixer au moyen de ressorts. De ce fait, on court toujours le risque de voir se produire, par suite d'oscillations mécaniques pro- pres au système, des mouvements de contacts en surnombre.
De plus, l'amplitude et la position de phase du mouvement obligé sont fortement influencées par ces oscillations propres, ce qui rend plus difficile le réglage des temps de couplage.
L'objet de la présente invention est une commande électromagnétique pour contacts s'ouvrant et se fermant en cadence, en particulier ceux de mutateurs à contacts, avec ponts de contact mus en face d'organes fixes de contact; sui- vant l'invention, chaque pont de contact est actionné direc- tement par l'armature d'un système inducteur lui appartenant
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en propre et dont les organes peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres, avec un entrefer invariable ;
en outre, au moins la partie fixe porte au moins deux pôles doubles et des enroulements à courant alternatif entouré s par ces pôles, ain- si qu'un enroulement d'excitation à courant continu logé en- tre les pôles doubles, et le courant alternatif alimentant l'enroulement est influencé de façon telle que, par le dépla- cement du champ continu produit par l'enroulement d'excita- tion et régnant dans l'entrefer entre les deux parties, l'on obtienne, par rapport à la tension alternative. alimentant les contacts, un décalage des instants de fermeture et d'ouverture.
L'invention sera expliquée d'une manière détaillée en référence aux dessins annexés, où la Fig. 1 représente schématiquement la disposition de principe d'une commande de mutateur monophasé à contacts, les détails non nécessaires à la bonne compréhension de l'invention ayant été omis volontai- rement. La partie magnétique fixe porte, outre les enroule- ments dits moteurs, parcourus par du courant alternatif, des enroulements de commande, parcourus par du courant continu, ainsi que des enroulements d'excitation alimentés par du cou- rant continu. Les Figs. 3 à 7 montrent d'autres exemples de réalisation'pour mutateurs triphasés à contacts dans lesquels pour plus de simplicité, les enroulements d'excitation à courant continu ont été supprimés.
Les Figs. 2a à 2f sont des diagrammes du mouvement du marteau et de la durée de contact.
Le mutateur à contacts raccordé par le transforma- teur 2 à la source de courant alternatif 1, et qui alimente la charge de courant continu 4, possède les contacts fixes 3, 3a avec le pont de contact 5.. A l'aide du marteau 7, le pont de contact 5 est mû d'un mouvement de va et vient à l'encontre du ressort 6, de sorte que le contact est ouvert et fermé à une cadence 'régulière. Le mutateur à contacts possède des moyens pour protéger efficacement les contacts
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contre l'effet des arcs de rupture, comme par exemple des soupapes primaires, ainsi que des selfs de rupture, éventuel- lement avec magnétisation initiale, des impédances montées en parallèle avec les contacts, etc... ces moyens, étant con- nus en eux-mêmes, ne figurant pas au dessin.
--,Le marteau 7 est étudié comme armature d'un système inducteur magnétique, qui peut se déplacer vis-à-vis de la partie fixe 8 de ce système en conservant un entrefer cons- tant 11. La partie fixe 8 du système magnétique est composée des pôles doubles 12a, 12b et de la culasse 12 reliant ces dernières. Les pôles doubles entourent les enroulements mo- teurs 13, 13a parcourus par du courant alternatif, et les en- roulements de commande 14, 14a parcourus par du courant conti- nu Les enroulements moteurs 13, 13a sont alimentés à partir de la source de courant alternatif 19 par l'intercnédiaire de la résistance de réglage 18.
Les enroulements de commande 14, 14a sont alimentés à partir de laource de courant continu 20 à l'aide du commutateur 22 et de la résistance 21 Entre les pôles doubles de la partie magnétique fixe 8 se trouve l'enroulement d'excitation 15. Ce dernier est monté en série avec l'enroulement d'excitation 9 qui est fixé sur le marteau 7 agissant comme armature, et entre les pôles 10, 10a de celui-ci.
Les enroulements d'excitation 15 et 9 sont alimen tésà partir dela source de courant continu 20 en pa s sant par la.résistance 23
Les courants dens les enroulements d'excitation du système inducteur produisent un champ magnétique continu qui dans l'entrefer 11, se répartit uniformément sur les moitiés 16, 17, 16a 17a des pôles doubles 12, 12a Les courants dans les enroulements moteurs 13, 13a et les enroulements de commande 14, 14a produisent ensemble un champ magnétique qui renforce le champ d'excitation dans une des moitiés des pôles, par exemple 16, 16a et l'affaiblit dans l'autre moi-
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tié de ces pôles, 17,; 17a De ce fait, le champ se trouve déplacé latéralement, savoir proportionnellement à la somme des courants dans les enroulements 13,14 et dans le même sens.
Ce déplacement du champ provoque une translation de l'armature par rapport à la partie magnétique fixe 8. Le cou- rant alternatif dans les enroulements moteurs 13 produit un changement du sens de déplacement du champ dans l'entrefer 11, de sorte que le marteau 7 exécute en cadence un mouvement de va-et-vient, et que le point de contact 3, 3a, 5 s'ou- vre et se ferme périodiquement. Le courant continu de com- mande produit un déplacement constant du champ et par con- séquent aussi un déplacement. uniforme du marteau. Si la fré- quence et la position de phase des sources de courant al- ternatif 1 et 19 sont accordées de façon telle que le pont de contact 5 se soulève toujours lorsque le courant de la source de courant alternatif 1 change de sens, le circuit de charge est parcouru par du courant continu.
De l'action- nement purement électrique de la commande résulte cet avan- tage que la durée de contact et le temps d'enclenchement peu'vent être commandés indépendamment l'un de l'autre et sans moyens accessoires mécaniques. La commande peut se faire directement par des grandeurs électriques ; courant, puissance.
Si l'on modifie le déphasage entre le courant al- ternatif alimentant les enroulements moteurs et la tension alternative aux contacts, ce qui, par exemple avec le muta- teur triphasé représenté à la Fig. 3, peut se faire à l'ai- de du régulateur d'induction 24, les points d'enclenchement et de déclenchement de tous les contacts 5 se trouvent de ce fait décalés en commun, la durée de contact restant égale d'ailleurs, ce qui modifie la tension continue dans le cir- cuit de charge.
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Si l'amplitude des courants alternatifs, qui ali- mentent les enroulements'moteurs est modifiée par exemple à l'aide des résistances 18 (Fig. 1 et 3), l'amplitude du mouvement du marteau 7 et par suite la durée de contact 0( 1, Ó 2, varient, ainsi qu'il ressort des diagrammes Figs. 2a 2b, dont 2a indique le mouvement du marteau et 2b le mouvee ment du pont de contact.
si, à l'aide de la résistance 21 et du commutateur 22, on fait varier le courant de commande dans les enroule- ments 13 en grandeur et en sens, l'axe de symétriedu mou- vement du rnarteau se déplace de ce fait, ce qui entraîne une modification de la durée de contact 1, Ó 2, comme le montrent les Figs 2c, et 2d,
On peut en outre faire varier simultanément aussi bien l'angle de phase entre le courant alternatif alimentant les enroulements moteurs et la tension aux contacts, que l'am- plitude des courants moteurset l'intensité du courant con- tinu qui alimente les enroulements de commande..
Si par exem- ple dans la fig 3 on agit simultanément sur le régulateur d'induction 24, les rhéostats 18, la résistance 21 et le com- mutateur 22, en les supposant par exemple mécaniquement ac- couplés, il est possible de régler à toute valeur quelconque désirée les temps de fermeture et d'ouverture des ponts de contact. 5.
De cette façon on peut obtenir que l'amplitude des courants alternatifs dans les enroulements moteurs 13 et la grandeur des courants continus dans les enroulements de commande 14 soient modifiées en même temps et de façon telle que, pour une durée de contact variable, la course des ponts de contact reste invariable, comme il ressort des figgs 2, 2f. De la même façon, on peut obtenir que l'amplitude des courants a.lternatifs dans les enroulements moteurs et la grandeur des courants continus dans les en- roulements de commande puissent varier de façon telle que
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pour une durée de contact variable, la vitesse de soulève- ment et celle de fermeture des ponts de contact reste inva- riable.
Pour obtenir un réglage de la durée de contact en fonction de la charge, on peut suivant la Fig. 4 raccorder les enroulements moteurs 13, alimentés en courant alterna- tif, de tous les systèmes inducteurs du mutateur, à l'aide de transformateurs de tension et de courant 29,30 aux ame- nées de courant côté courant alternatif du mutateur à con- tacts, et alimenter les dits enroulements 13 par l'intermé- diaire des résistances 18.en intercalant un régulateur d'in- duction 31 et un transformateur à trois enroulements 32. En agissant sur le régulateur 'd'induction 31 on peut obtenir que par exemple lorsque la charge du mutateur à contacts croît, le courant dans les enroulements moteurs 13 soit in- fluencé de façon telle que la durée de contact augnente en conséquence.
Si en rnême temps on associe les enroulements primaires et secondaires du transformateur à trois enroule- ments 32 de façon telle que les courants prélevés aux trans- formateurs de tension et d'intensité 29,30 et traversant ce transformateur 32, présentent entre eux un certain déphasage, on peut obtenir qu'avec une charge variable du mutateur à contacts, l'angle de phase entre les courants dans les en- roulements moteurs et la tension alternative aux contacts varie de telle sorte que les variations de la, chute de ten- sion dues à la charge soient compensées.
Les enroulements de commande 14 alimentés en cou- rant continu des systèmes inducteurs peuvent eux-mêmes être alimentés à partir du côté courant alternatif du mutateur à contacts. Comme le montre la Fig. 4, les courants fournis par les transformateurs de tension et d'intensité 29 30
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sont associés dans le transformateur 34 après passage dans le régulateur d'induction intercalé 33 Le courant résul- tant est redressé dans le mutateur 35 et amené aux enroule- ments de commande 14 il travers la résistance 36. Une solu- tion plus simple consiste à brancher, par l'intermédiaire de résistances réglables, les enroulements de commande à cou- rant continu de tous les systèmes inducteurs sur les amenées de courant côté continu du mutateur à contacts.
On obtient une tension continue rigoureusement constante ou un courant continu absolument constant malgré une charge fortement variable, en intercalant, dans les ame- nées de courant aux enroulements moteurs 13 et aux enroule- ments de commande 14, au moins un organe de réglage automa- tique influencé par la tension et la charge du mutateur à contacts. On obtient cela par exemple en faisant actionner les régulateurs d'induction 31, 33 (fig 4) par un tel régu- lateur automatique.
Dans les mutateurs à contacts pour courants poly- phasés, les enroulementsd moteurs à, courant alternatif 13 de tous les systèmes inducteurs peuvent être alimentés à partir d'une génératrice synchrone polyphasée 43 commne, comme re- présenté à la Fig. 5. La génératrice est actionnée par un moteur synnroue 40 qui est excité à partir de la batterie 41 à travers la résistance 42, Si l'on pourvoit la généra- trice synchrone 43 de deux enroulements d'excitation alimen- tés séparément et d'axes magnétiques différents, les instants ae fermeture et d'ouverture des ponts de contact de tous les systèmes inducteurs peuvent être décalés simultanément en faisant tourner d'un certain angle l'axe du champ d'excita- tion de la génératrice synchrone.
On arrivera au même but en faisant tourner d'un certain angle l'axe du champ d'excita- tion du moteur synphrone 40 qui entraîne la génératrice.
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Si, comme l'indique la Fig. 5, on relie le circuit d'excitation de la génératrice synchrone 43 aux amenées de courant côté courant alternatif du mutateur à contacts au moyen de transformateurs de tension et d'intensité 46a 46b et d'une résistance de réglage 38, on peut obtenir que l'am- plitude et éventuellement aussi le déphasage entre les cou- rants dans les enroulements moteurs et la tension aux con- tacts soient réglés automatiquement par la charge du mutateur à contacts. Une autre possibilité d'arriver au même résultat consiste à brancher, par l'intermédiaire d'une résistance, le circuit d'excitation de la génératrice synchrone 43 sur les amenées de courant côté courant continu du mutateur à con- tacts.
Une tension continue constante ou un courant conti- nu constant peuvent également s'obtenir en intercalant dans les circuits d'excitation de la génératrice synchrone et du moteur synchrone, ainsi que dans les circuits des enroulements de commande à courant continu de tous les systèmes inducteurs, au moins un organe de réglage automatique influencé par la tension ou la charge du mutateur à contacts.
A la Fig. 5 est encore prévue, sur le même arbre que. la génératrice synchrone, une génératrice à courant continu 45 qui alimente les enroulements de commande à courant conti- nu 14 des systèmes inducteurs.
Les contacts du mutateur peuvent être protégés contre une détérioration par suite d'allumages en retour du fait que, comme indiqué à la Fig. 6, les enroulements de commande à courant continu 14 de tous les systèmes induc- teurs sont alimentés par l'intermédiaire de transformateurs 46 à trois enroulements intercalés dans les amenées de cou- rant côté alternatif du mutateur à contacts. Ces transfor- mateurs possèdent chacun, d'une part un enroulement de ma- gnétisation initiale, ces enroulements étant excités en sé-
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rie à travers une résistance 47 avec du courant continu four- ni par la batterie, et d'autre part un autre enroulement, ces derniers étant montés en série et excitant les enroulements 14.
On obtient de cette façon que lorsque survient un alluma- ge en retour sur un contact, les enroulements de commande 14 sont parcourus par un à-coup de courant qui provoque la fer- meture de tous les contacts.
La commande du mutateur à contacts peut aussi se réa- liser en intercalant les enroulements de commande, alimentés en courant alternatif, de tous les circuits inducteurs, dans les circuits anodiques d'un mutateur 49, comme représenté à la Fig. 7. Ce mutateur 49 est relié, par l'intermédiaire du transformateur 48, au réseau à courant alternatif. La comman- de par grilles du mutateur 49 se fait à. l'aide d'un appareil de commande 50, de construction et d'effet connus, en fonc- tion de la charge ou de la tension du mutateur à contacts.